SK59899A3

SK59899A3 - Watermaking an information signal

Info

Publication number: SK59899A3
Application number: SK598-99A
Authority: SK
Inventors: Johan P M G Linnartz
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 1999-11-08
Also published as: WO1999012331A2; DE69803268T2; US6714659B2; AU8556298A; US6947573B2; YU23799A; JP2001505390A; HUP0001275A2; TW401700B; CN1160935C; JP3897825B2; US20040131228A1; BR9806152A; CN1237305A; EP0935872B1; CA2271042A1; KR100594955B1; US6570996B1; ZA987922B; BG63063B1

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka oblasti vodotlače informačného signálu a zisťovania vodotlače.

Doterajší stav techniky

Vodotlač je zmyslovo nepostrehnuteľná informácia obsiahnutá v informačných signáloch, ako sú napríklad multimediálne materiály, nepohyblivé obrázky, animácie alebo video. Vodotlač možno použiť na identifikáciu autorského práva k danej informácii. Umožňuje vlastníkovi autorského práva zistiť nelegálne kópie svojho materiálu skúmaním prítomnosti svojej vodotlače v uvedených kópiách.

Vodotlač sa vkladá do informačného signálu modifikovaním dátových vzoriek signálu (napr. audio vzoriek audiosignálu, obrazových prvkov, transformačných koeficientov transformačne kódovaného signálu, atď.) tak, že originál nebude postrehnuteľne ovplyvnený. V oblasti techniky sú známe rôzne spôsoby vodotlače. Napríklad obrazové prvky pôvodného obrazu sa mierne inkrementujú alebo dekrementujú v súlade so zodpovedajúcimi bitmi vzoru binárnej vodotlače.

Aby sa zistilo, či informačný signál obsahuje vodotlač, signál sa podrobí štatistickej analýze. Štatistická analýza poskytne parameter, ďalej označovaný ako “rozhodovacia premenná, ktorá naznačuje, do akej miery je v signáli prítomná vodotlač. Ak je napríklad obrazový signál označený vodotlačou inkrementáciou alebo dekrementáciou obrazových prvkov podľa vzorca vodotlače, rozhodovacia premenná môže byť mierou korelácie medzi signálom a použitou porovnávacou kópiou vodotlače. Ak je obraz označený vodotlačou modifikáciou vybraných obrazových prvkov, predpoveď týchto obrazových prvkov sa vypočíta z časovo alebo priestorovo susedných obrazových prvkov. Rozhodovacia premenná potom môže byť počet obrazových prvkov, ktoré sa dostatočne líšia od predpovede.

Detektory vodotlače generujú binárny výstupný signál s významom “vodotlač nájdená” alebo “vodotlač nenájdená”. Toto sa dosahuje porovnávaním rozhodovacej premennej s vopred určenou prahovou hodnotou. Ak hodnota rozhodovacej premennej prekročí prah, vodotlač sa považuje za prítomnú v signáli.

Podstata vynálezu

Cieľom predloženého vynálezu je poskytnúť spôsob a usporiadanie na zisťovanie prítomnosti hodnoty viacbitovej vodotlače v signáli. Cieľom vynálezu je tiež poskytnúť spôsob a usporiadanie na vkladanie takej viacbitovej vodotlačovej hodnoty do obrazov videosignálu.

Toto sa dosahuje spôsobom zisťovania viacbitovej vodotlače v signáli, pričom každý bit uvedenej viacbitovej vodotlače je reprezentovaný príslušným podvzorcom vodotlače, pozostávajúcim z nasledujúcich krokov: určenie korelačnej hodnoty pre každý podvzorec vodotlače určujúcej rozsah, v ktorom je uvedený podvzorec prítomný v signáli; kombinácia uvedených korelačných hodnôt, čím sa zistí, či je vodotlač prítomná v signáli bez ohľadu na jej viacbitovú hodnotu; a porovnanie uvedených korelačných hodnôt a príslušných bitov použitej viacbitovej hodnoty, čím sa získa informácia o tom, do akej miery má zistená vodotlač uvedenú viacbitovú hodnotu.

Tento vynález je založený na potrebe vkladať viacbitovú vodotlač do signálu. Toto sa dosahuje reprezentáciou každého bitu vodotlače príslušným podvzorcom vodotlače. Priamočiara metóda zisťovania vodotlače by pozostávala z použitia konvenčného detektora vodotlače pre každý jednotlivý bit vodotlače zistením prítomnosti zodpovedajúceho podvzorca. Ako však už bolo uvedené vyššie, detekcia vodotlače je proces štatistickej analýzy, ktorý môže vyústiť do nesprávnych výsledkov. Spoľahlivosť každej individuálnej detekcie je slabá, pretože sila signálu je 1/n (n je počet bitov) energie celej vodotlače.

Vynálezcovia si uvedomili, že je výhodné zisťovať prítomnosť vodotlače bez ohľadu na jej viacbitovú hodnotu s maximálnou spoľahlivosťou a porovnať (Hammingovu) vzdialenosť medzi predbežnými výsledkami (t.j, rozsah, v ktorom sú jednotlivé podvzorce prítomné v signáli) a viacbitovou hodnotou, ktorá sa má kontrolovať. Spoľahlivosť viacbitovej detekcie je teraz porovnateľná so spoľahlivosťou detekcie celej plnej vodotlače.

Vynález ďalej poskytuje spôsob vloženia viacbitovej vodotlače do video obrazu pridaním vodotlačového vzorca do uvedeného obrazu pozostávajúci z nasledujúcich krokov: rozdelenie video obrazu a uvedeného vodotlačového vzorca na bloky, pričom bloky vodotlačového vzorca predstavujú podvzorce; a reprezentácia každého bitu viacbitovej hodnoty pridaním alebo nepridaním podvzorca do príslušného obrazového bloku.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obrázok 1 ukazuje systém podľa doterajšieho stavu techniky obsahujúci zariadenie na vkladanie vodotlače a detektor vodotlače.

Obrázok 2 ukazuje vzorec vodotlače na ilustráciu funkcie systému zobrazeného na obrázku 1.

Obrázok 3 ukazuje systém pozostávajúci zo zariadenia na vkladanie vodotlače a detektora vodotlače podľa vynálezu.

Obrázok 4 ukazuje vzorec vodotlače na ilustráciu funkcie systému zobrazeného na obrázku 3.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Vynález bude teraz opísaný s odkazom na detektor vodotlače, v ktorom rozhodovacia premenná naznačujúca, do akej miery je vodotlač prítomná v signáli, je mierou korelácie medzi analyzovaným signálom a referenčnou kópiou vodotlače, ktorá sa má zistiť. Opis by sa však nemal interpretovať ako obmedzenie vynálezu na toto uskutočnenie.

Obrázok 1 zobrazuje detektor vodotlače podľa doterajšieho stavu techniky obsahujúci zariadenie na vkladanie vodotlače 1 a detektor vodotlače 2. Zariadenie na vkladanie vodotlače prijíma originálny informačný signál p a signál vodotlače w. Predpokladá sa, že informačný signál p je digitalizovaný obraz s 8-bitovými svetelnými obrazovými hodnotami p(i). Predpokladá sa, že vodotlač w je špecifický binárny vzorec hodnôt w(i) = 1 alebo w(i) = -1. Príklad takého vzorca vodotlače je uvedený na obr. 2, na ktorom biele a čierne body predstavujú hodnoty w(i) = -1, resp. w(i) = 1. Zariadenie na vkladanie vodotlače obsahuje vkladacie štádium 10, ktoré pridáva hodnoty vodotlače w(i) do priestorovo zodpovedajúcich obrazových prvkov p(i) vstupného obrazu. Je zrejmé, že to neovplyvní vizuálny vzhľad obrazu. Vložená vodotlač je teda zmyslovo nepostrehnuteľná.

Informačný signál p sa aplikuje po prenose alebo uložení (nezobrazené) na detektor vodotlače 2. Detektor vodotlače obsahuje násobiace štádium 21 a sumarizačný obvod 22, ktoré spolu tvoria korelačný obvod. Násobiace štádium prijíma informačný signál p a referenčnú kópiu vodotlače w v prítomnosti ktorého sa má signál p zistiť. Hodnoty obrazových prvkov q(i) prijatého obrazu a zodpovedajúce hodnoty w(i) referenčnej vodotlače sa individuálne násobia a potom sčítavajú, čím sa získa rozhodovacia premenná y, ktorá predstavuje mieru korelácie medzi vstupným signálom p a vodotlačou w. V matematickom zápise:

I y = Z^w(ⁱ)^xci(ⁱ) kde I je celkový počet obrazových prvkov.

Korelačná hodnota y sa aplikuje na komparátor 23 na porovnanie s prahovou hodnotou y^. Komparátor produkuje výstup D = 1 (vodotlač nájdená) pre y > y^ a výstup D = 0 (vodotlač nenájdená) pre y < y_thr. Vzorec vodotlače w a prahová hodnota y^ sa volia starostlivo tak, aby sa zabránilo častým nesprávnym výsledkom detektora.

Obrázok 3 zobrazuje systém obsahujúci zariadenie na vkladanie vodotlače a detektor podľa vynálezu. Na obvodové prvky zodpovedajúce prvkom opísaným pre obrázok 1 sú použité rovnaké vzťahové značky. V tomto príklade sa predpokladá, že aplikovaná vodotlač w má 16 bitovú hodnotu. Vstupný obraz sa preto delí na 16 blokov (n = 16) prostriedkom na blokové delenie 11. Ďalším prostriedkom na blokové delenie 12 sa vzorec vodotlače w delí na 16 pod vzorcov. Viacbitová hodnota riadi, či sa k obrazu pridá podvzorec. Toto je ilustrované na obrázku 4, kde prázdne obdĺžniky naznačujú, že príslušné obrazové bloky nie sú označené vodotlačou. Aby sa kompenzovalo zníženie “energie vodotlače spôsobené neoznačením všetkých obrazových blokov, iné bloky sú označené intenzívnejšie, napríklad inkrementáciou alebo dekrementáciou príslušných obrazových prvkov o hodnotu 2 namiesto 1, ako bolo diskutované vyššie.

Detektor vodotlače 2 teraz obsahuje čiastkové akumulátory 22.1, 22.2. ..

22. n. jeden pre každý bit vodotlače w. Výstupy sa kombinujú v konečnom sčítacom štádiu 24, čím sa získa rozhodovacia premenná y, ktorá sa aplikuje na komparátor

23. Jednotlivé výstupy čiastkových akumulátorov predstavujú jednotlivé korelačné hodnoty y^-yn. Po normalizácii majú hodnotu medzi 0 (žiadna korelácia) a 1 (maximálna miera korelácie). Nasledujúci vyhodnocovací obvod 25 alokuje pre každú korelačnú hodnotu rozdiel so zodpovedajúcim bitom viacbitovej hodnoty, ktorá sa má kontrolovať, a vypočíta sumu štvorcov uvedených rozdielov. Vyhodnocovací obvod teda počíta:

M=E{^w(ⁿ)-y(ⁿ)}² n

Ak je napríklad vodotlač, ktorá sa má kontrolovať, 4-bitová hodnota 1001 a zodpovedajúce korelačné hodnoty sú y, = 0,8, y₂ = 0,3, y₃ = 0,1 a y₄ = 0,6, vyhodnocovací obvod počíta

M = (0,2)²+ (0,3)²+ (0,1)²+ (0,4)².

Výsledok je indikáciou toho, do akej miery zistená vodotlač pripomína danú viacbitovú hodnotu.

Zhrnutie: Uvádza sa spôsob a usporiadanie na zisťovanie viacbitovej vodotlače v signáli (napr. video obraze). Každý bit viacbitovej hodnoty je reprezentovaný vloženým podvzorcom vodotlače v signáli. Namiesto zisťovania prítomnosti každého jednotlivého podvzorca (t.j. zisťovania každého individuálneho bitu), zisťovanie pozostáva z nasledujúcich krokov; zistenie (24, 23) prítomnosti plnej vodotlače v signáli bez ohľadu na jeho viacbitovú hodnotu a zistenie (25), do akej miery prítomnosť podvzorcov zodpovedá viacbitovej hodnote, ktorá sa má kontrolovať. Spoľahlivosť detekcie vodotlače sa týmto zlepšuje.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob zisťovania viacbitovej vodotlače v signáli, pričom každý bit (w(n)) uvedenej viacbitovej vodotlače je reprezentovaný príslušným podvzorcom vodotlače, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z nasledujúcich krokov:

určenie (21, 22) korelačnej hodnoty (y(n)) pre každý podvzorec vodotlače určujúcej rozsah, v ktorom je daný podvzorec prítomný v signáli;

' skombinovanie (24, 23) uvedených korelačných hodnôt, čím sa zistí (D), či je vodotlač prítomná v signáli bez ohľadu na jej viacbitovú hodnotu; a porovnanie (25) uvedených korelačných hodnôt (y(n)) a zodpovedajúcich bitov (w(n)) aplikovanej viacbitovej hodnoty, čím sa získa indikácia (M) toho, do akej miery má zistená vodotlač aplikovanú uvedenú viacbitovú hodnotu.
2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že uvedený krok porovnávania obsahuje výpočet sumy štvorcov rozdielov medzi každou korelačnou hodnotou a zodpovedajúcim bitom aplikovanej viacbitovej hodnoty.
3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že signálom je video obraz, ktorý je označený vodotlačou pridaním vodotlačového vzorca do uvedeného obrazu, pričom video obraz a vodotlačový vzorec sú rozdelené na bloky a pričom bloky vodotlačového vzorca sú tvorené uvedenými podvzorcami a kde je každý bit viacbitovej hodnoty reprezentovaný tým, či bol alebo nebol podvzorec pridaný do zodpovedajúceho obrazového bloku.
4. Usporiadanie na zisťovanie viacbitovej vodotlače v signáli, pričom každý bit (w(n)) uvedenej viacbitovej vodotlače je reprezentovaný príslušným vodotlačovým podvzorcom, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z nasledujúcich prvkov:

prostriedok na určenie (21, 22) korelačnej hodnoty (y(n)) pre každý podvzorec vodotlače určujúcej rozsah, v ktorom je daný podvzorec prítomný v signáli;

prostriedok na skombinovanie (24, 23) uvedených korelačných hodnôt, čím sa zistí (D), či je vodotlač prítomná v signáli bez ohľadu na jej víacbitovú hodnotu; a prostriedok na porovnanie (25) uvedených korelačných hodnôt (y(n)) a zodpovedajúcich bitov (w(n)) aplikovanej viacbitovej hodnoty, čím sa získa indikácia (M) toho, do akej miery má zistená vodotlač aplikovanú uvedenú viacbitovú hodnotu.
5. Spôsob vkladania viacbitovej vodotlače do video obrazu pridaním vodotlačového vzorca do uvedeného obrazu, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z nasledujúcich krokov:

rozdelenie (11, 12) video obrazu a uvedeného vodotlačového vzorca na bloky, pričom bloky vodotlačového vzorca pozostávajú z podvzorcov; a reprezentáciou (10) každého bitu (w_v:W_n) viacbitovej hodnoty pridaním alebo nepridaním podvzorca do zodpovedajúceho obrazového bloku.
6. Usporiadanie na vkladanie viacbitovej vodotlače do video obrazu (P) pridaním vodotlačového vzorca (W) do uvedeného obrazu, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z nasledujúcich prvkov:

prostriedok na rozdelenie (11, 12) video obrazu a uvedeného vodotlačového vzorca na bloky, pričom bloky vodotlačového vzorca pozostávajú z podvzorcov; a prostriedok na pridanie (10) alebo nepridanie podvzorca do zodpovedajúceho obrazového bloku podľa zodpovedajúceho bitu (w^.wj viacbitovej hodnoty.